提起雪花的形態，大多數人想到的形象是常用于裝飾的對稱六角星。的確，六角星是雪花最常見的“造型”。早在西漢時期，人們就觀察到了雪花這種獨特的形態，并留下“凡草木花多五出，雪花獨六出”的記載。但如果仔細觀察，便能發現雪花的形態其實極為多樣。
第一個系統研究雪花的形態，并嘗試為其分類的日本學者中谷宇吉郎有雪博士的雅號。他為雪花拍了將近3000張照片，通過這些照片把雪花分成7大類和之下的若干小分支。這七大類包括：針狀晶體、柱狀晶體、片狀晶體、柱狀和片狀組合晶體、帶延展平面的柱狀晶體、霜晶和不規則晶體。
物理學家肯內特·G·利布瑞克特（Kenneth G. Libbrecht）出版了一本關于雪花的指南。在書中，他將雪花劃分為35類，最常見的雪花都在這些分類中了。但雪花的分類“擴軍”并未就此終止。目前的雪花分類已經達到120種以上，且仍在不斷擴大的過程中。一方面，雪花的形態分類十分復雜，幾乎每個研究者都有自己的思路，另一方面，雪花的形態確實太多變了。
為何雪花能以如此多樣的面貌出現，這還要從雪花的形成過程說起。
和最常見的由水凝固成冰不同，雪花是由空中的水汽直接凝華而成的。當氣溫降低，空中水汽過飽和，便在結晶核（如塵埃）上開始結晶，然后逐步長大形成雪花。
不管形態如何，雪花的結晶始終是水分子結合的過程。在水分子中，兩個氫原子在兩側，一個氧原子居中，呈現如同人類彎曲的腿部一樣的形態。而水分子的結合則是由不同水分子的氧原子與氫原子連接在一起。當6個水分子結合在一起后，最終會形成一個更大的六邊形。以此類推，再形成更大的六邊形。
但雪花最常見的形態并非六邊形，而是六角星。這是因為水分子在結合時，六邊形的頂點更為“粗糙”，容易吸引更多的水分子，頂點處成長更快，最終形成了六個尖尖的角。
理論雖然如此，但在現實中，雪花總是呈現千變萬化的樣貌。這主要是因為雪花在形成過程中并非處于絕對理想的環境下，總會受到周圍環境的影響。溫度的高低、云中水汽含量的多寡、氣流的變化，每一種原因都可能影響“脆弱”的雪花形態發生劇烈改變。